Производство любых видов продукции невозможно без использования воды. Расход воды в промышленности для изготовления 1 тонны продукции составляет от 10-20 куб. м в пищевой промышленности, 500-800 куб. м в целлюлозно-бумажной промышленности и до 1000 куб. м в производстве синтетического каучука.
В процессе производственной деятельности происходит загрязнение воды специфическими для каждой отрасли промышленности загрязняющими веществами. Производственные сточные воды часто имеют кислый или щелочной характер и содержат высокие концентрации неорганических и органических веществ.
Такие воды представляют высокую опасность для окружающей среды и здоровья человека. Они должны подвергаться эффективной очистке на очистных сооружениях производственных предприятий.
О том, как происходит химическая очистка производственных сточных вод, используемых методах очистки и реагентах, вы можете узнать в настоящей статье.
Содержание
В чем заключается химическая очистка сточных вод
Для удаления из производственных стоков растворенных веществ проводят их химическую очистку. Она основана на способности специальных химических реагентов взаимодействовать с загрязняющими веществами с образованием безвредных продуктов.
Несмотря на это несомненное преимущество, данный метод имеет специфические проблемы:
- необходимость применения химических реагентов, часто дорогостоящих и токсичных;
- высокая квалификация работников и строгое соблюдение количества химических реагентов;
- необходимость знания видов и количества загрязняющих веществ, рН среды. Для этого требуется проведение количественных химических анализов в аккредитованных аналитических лабораториях;
- требуется создания условий для полного завершения химических реакций, включая полное осаждение образующихся нерастворимых соединений;
- необходим контроль полноты завершения химических реакций и количественного остаточного содержания загрязняющих веществ для выполнения нормативных требований на сброс.
Основные методы химической очистки сточных вод
К основным методам удаления загрязняющих веществ при химической обработке относятся:
- нейтрализация кислот и щелочей;
- окисление;
- восстановление;
- осаждение в виде нерастворимых соединений;
Рассмотрим эти методы подробнее.
Нейтрализация
При наличии на производстве кислых и щелочных стоков нейтрализацию осуществляют их взаимным смешением. При отсутствии одного из видов сточных вод нейтрализацию проводят при добавлении соответствующих химических реагентов.
Для нейтрализации кислых стоков используют:
- гидроксиды натрия или калия;
- карбонат натрия (кальцинированную соду);
- аммиачную воду;
- гашеную известь (в виде известкового молока или в твердом виде);
- доломит, мел, известняк или другие вещества, обладающие щелочными свойствами.
Для нейтрализации щелочных стоков применяют неорганические или органические кислоты. Для экономии часто проводят совместную очистку щелочных стоков и дымовых газов, содержащие газы кислотного характера (оксиды серы, азота, двуокись углерода). Нейтрализацию проводят в колоннах с тарелками или насадкой с распылением щелочных растворов и дымовых газов.
Производственные сточные воды наряду с кислотами и щелочами обычно содержат соединения тяжелых металлов. Поэтому концентрацию реагентов рассчитывают не только для нейтрализации, но и для осаждения тяжелых металлов в виде нерастворимых соединений (гидроксидов, карбонатов, сульфидов и др.).
Нейтрализацию проводят при интенсивном перемешивании с контролем рН до допустимых значений, составляющих рН=6,5-8,5. Время нейтрализации должно быть не менее 5 мин, при осаждении нерастворимых соединений тяжелых металлов-не менее 30 мин.
Окисление
Окисление применяют для очистки сточных вод, содержащих органические загрязняющие вещества, а также сероводород, сульфиды или цианиды. В качестве окислителей используются:
- кислород воздуха;
- озон;
- хлор и соли хлорноватой и хлорной кислот, хлорная известь;
- перманганат, хромат и бихромат калия;
- перекись водорода (с катализатором в виде солей меди).
Особенно важное значение имеет окисление циансодержащих стоков, представляющих особую опасность для человека и окружающей среды. Наиболее надежно их разрушение при окислении раствором гипохлорита натрия при соблюдении следующих условий:
- концентрация циан-ионов в растворе не более 10,6 г/л;
- в процессе окисления должен поддерживаться рН более 10 (оптимально 11,0-11,5);
- избыток гипохлорита натрия не менее 5 мг/л;
- температура раствора не должна превышать 70 град. С.
Восстановление
Восстановление можно рассмотреть на примере обезвреживания отработанных хромовых электролитов гальванических производств. В качестве восстановителей обычно используются:
- тиосульфат натрия;
- сульфит или бисульфит натрия.
Возможно применение и других восстановителей, но они используются значительно реже. Восстановление шестивалентного хрома эффективно протекает только в кислой среде. Для ее создания обычно применяются кислотные сточные воды. Таким образом, удешевляется процесс очистки стоков за счет использования других отходов в качестве реагентов.
В их отсутствии применяют неорганические кислоты, что удорожает процесс очистки гальванических стоков. После завершения процесса восстановления шестивалентного хрома в трехвалентную форму добавляют щелочные сточные воды или щелочи до рН=6,8, соответствующему полному осаждению гидроксида хрома (III).
Осаждение в виде нерастворимых соединений
Для этого подбирают подходящие реагенты для осаждения растворимых соединений тяжелых металлов в нерастворимых формах. Обычно их осаждают в виде гидроксидов, имеющих низкую растворимость в воде. Используют также осаждение в виде других нерастворимых соединений (карбонатов, фосфатов или сульфидов). Последние применяют для очистки сточных вод, содержащих соединения ртути или свинца.
В зависимости от вида тяжелых металлов они осаждаются при различной кислотности среды, определяемой водородным показателем рН. Так, гидроксид железа (III) начинает осаждаться при рН=2,3, а полное осаждение происходит при рН=4,1. Гидроксид алюминия полностью осаждается при рН= 5,2. Таким образом, полное осаждение гидроксидов некоторых тяжелых металлов возможно даже в кислой среде.
Разницу в рН полного осаждения различных металлов можно использовать для их раздельного выделения из сложных производственных стоков.
Большинство гидроксидов тяжелых металлов полностью осаждаются при рН=10-10,5, однако некоторые амфотерные металлы (проявляющие как щелочные, так и кислотные свойства, например, алюминий или цинк) при этих значениях начинают снова растворяться с образованием алюминатов или цинкатов.
Поэтому на очистных сооружениях производственных предприятий проводят осаждение всех тяжелых металлов при фиксированном значении рН=9,5-10. При этом не происходит начала растворения амфотерных металлов, за исключением алюминия. Совместное осаждение различных металлов увеличивает полноту их осаждения по сравнению с осаждением индивидуальных металлов.
О том, как происходит очистка производственных сточных вод с осаждением тяжелых металлов в гальванокоагуляторе можно познакомиться на следующем видео:
Однако, осаждение тяжелых металлов при фиксированном значении рН=9,5-10 имеет недостаток. При этом не удается обеспечить полного удаления растворимых форм тяжелых металлов. Поэтому требуется доочистка сточных вод перед их сбросом в водные объекты (городскую канализацию или природные воды).
Доочистка с обеспечением требований государственных нормативов осуществляется при дополнительной очистке на фильтрах с адсорбентами (активированные угли, цеолиты и др.) или ионообменными смолами. Такая очистка позволяет обеспечить требуемые нормативы сброса в канализацию согласно СанПиН 2.1.3684-21.
Биохимическая очистка сточных вод
Сочетание химической и биологической очистки обычно используют для обработки городских сточных вод, в которых объединяются стоки бытовой и производственной канализации. Биологические методы очистки (за счет специальных сообществ микроорганизмов) хорошо очищают от органических загрязнений, но не справляются с неорганическими загрязняющими веществами.
На помощь приходит обработка сорбентами в мембранных биореакторах, позволяющих эффективно очистить воду от тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и других загрязнений, плохо удаляемых при обычной биологической очистке. Таким образом, биохимическая очистка позволяет эффективно очистить сложные сточные воды, которые невозможно очистить отдельно биологическими или химическими методами.
